3D-Druck als Entwicklungsturbo

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Mit Additiver Fertigung konnte der italienische Motorradhersteller Energica die Entwicklung seines leistungsstarken Elektromotorrads Ego deutlich beschleunigen.

Energica, ein italienischer Hersteller leistungsstarker Elektromotorräder, konnte durch den Einsatz der Additiven Fertigung die Entwicklung stark vereinfachen und zudem erheblich beschleunigen. Eindrucksvolle Beispiele dafür sind die Instrumententafel und der Batteriebehälter.

Die Rückseite des ersten Prototypen der Instrumententafel, mit dem umfangreiche Studien und Tests durchgeführt wurden. Foto: CRP

Im Rahmen der Entwicklung einer innovativen Instrumententafel, die neben dem Display auch die äußerst komplexe Elektronik aufnimmt, schützt und isoliert, führten die Studien und Tests zum Einsatz eines 4,3“-Aktiv-Matrix-Displays mit 16,7 Mio. Farben, das sehr gut ablesbar ist und zudem als eine Art Mensch-Maschine-Interface eine ganz neue Inter­aktivität mit dem Fahrzeugsystem möglich macht. So erlauben die ausführlichen Konfigurations­menüs auch eine moderne und verständliche Diagnose.

Bei der Entwicklung der Instrumententafel hat das Team von Energica eng mit dem Lieferanten des Spritzgießwerkzeugs und mit CRP Technology zusammengearbeitet. Als einer der Marktführer im Bereich des professionellen 3D-Drucks mit den Verbundwerkstoffen von Windform hat CRP Technology die Herstellung der funktionalen Prototypen übernommen.

Dazu wurden mit selektivem Laser­sintern und Windform LX 3.0, einem mit Glasfasern verstärkten Verbundwerkstoff auf Polyamidbasis, insgesamt drei funktionale Prototypen der zweiteiligen Instrumententafel hergestellt. Diese Bauteile wurden intensiv geprüft und weiterentwickelt, um die geforderten Qualitäts- und Zuverlässigkeitsziele zu erreichen. Wichtig war es Energica dabei, eventuelle Fehler am Spritzgießwerkzeug zu minimieren und so die Entwicklung zu beschleunigen.

Zwei Tage statt fünf Monate

Mit traditionellen Technologien hätte die Herstellung der Formen für den Prototypen nach Erfahrung der Energica Motor Company etwa fünf Monate gedauert. Dank CRP Technology und der Materialien von Windform lag der Prototyp bereits nach zwei Tagen auf dem Tisch der Entwickler.

Nach der Montage der elektronischen Komponenten und dem Verkleben der beiden Teile wurde der Prototyp wieder an Energica übergeben, wo er direkt am Motor­rad montiert und auf der Straße validiert wurde.

Der unter extremen Belastungsbedingungen getestete Prototyp konnte dank der eingesetzten Materialien beweisen, dass er die gewünschte Schutzwirkung für die elektronischen Komponenten bieten kann. Es zeigte sich, dass sich das zum 3D-Druck verwendete Windform LX 3.0 optimal für die Herstellung von besonders widerstandsfähigen Teilen und Endanwendungen eignet. Vibrationen, Stöße und Witterungseinflüsse konnten dem Prototypen nichts anhaben.

Nach dem Bau einer zweiten, für Farbtests lackierten Instrumenten­tafel wurde der dritte Prototyp als Hybridausführung realisiert, die dem Team von Energica und den Formenbauern die Durchführung von präzisen Montagetests erlaubte. Bei diesem Modell wurde der untere Teil mit 3D-Druck und Windform LX 3.0 hergestellt, der obere Teil aus Kunststoffspritzguss.

Kombination von 3D-Druck und Spritzguss

Die beiden Teile konnten ohne besondere Probleme montiert wer­den. Denn die auf Grundlage der Schrumpfungen berechneten Toleranzen des Kunststoffspritzgusses entsprechen jenen der verwendeten Windform-Materialien.

Die Instrumententafel der Energica Ego schützt die komplexe Elektronik im Inneren und erlaubt eine weitreichende Mensch-Maschine-Kommunikation bis hin zu diversen Diagnosefunktionen. Foto: ERP/Energica

Nach der Genehmigung des Projekts durch Energica haben die Formenbauer das Werkzeug für den industriellen Spritzguss hergestellt. Durch den 3D-Druck und die Materialien von Windform konnte das Team von Energica die Produktentwicklung deutlich verkürzen und zudem den Prototypen ausgiebig am Motorrad testen.

Das Resümee von Energica: „Wir haben die funktionalen Prototypen­ der Instrumententafel etwa sechs Monate lang verwendet und sie während der Fahrtests allen möglichen Belastungen ausgesetzt. Dank der mit 3D-Druck und Windform hergestellten Proto­typen konnten wir auf eine neue Weise mit den Formenbauern zusammenarbeiten. Die additiv gefertigten, funktionellen Komponenten sind viel mehr als nur ästhetische Prototypen. Denn sie haben es uns ermöglicht, die Anwendung eingehend zu testen und einige Verbesserungen für die endgültige Form auszuarbeiten. Auf diese Weise konnten wir Zeit und Geld sparen. Als wir die Genehmigung für den Spritzguss erteilten, wussten wir, dass die fertigen Teile perfekt und einsatzbereit sein würden.“

Batteriekasten als Herzstück des Elektromotorrades

Ähnlich positiv sieht Energica den Einsatz der Additiven Fertigung bei der Entwicklung des Batteriekastens, eines der Herzstücke der Energica-Motorräder. Der Batteriekasten ist ein hermetisches Gehäuse, das die Zellen, das Batteriemanagementsystem und alle Vorrichtungen enthält, die zur Gewährleistung der Sicherheit des Fahrzeugs erforderlich sind.

Der Batteriekasten des Serienmotorrades besteht aus Aluminiumguss, die Prototypen wurden aber aus Kunststoff 3D-gedruckt. Foto: CRP

Das aus zwei Halbschalen bestehende Gehäuse muss nicht nur dicht und belastbar sein, sondern auch die Wärme abführen, die vor allem beim Fahren entsteht. Dazu hat das Team von Energica ein patentiertes Luftkühlsystem ohne Gebläse entwickelt, das den Fahrtwind nutzt. Die Besonderheit da­bei ist die Kühlplatte aus Alumini­um, die am Behälter des Batteriekastens angebracht wird, die einströmende Luft kanalisiert und die Wärmeableitung erleichtert.

Auch hier erfolgte die Herstellung eines ersten funktionalen Prototypen mit 3D-Druck durch CRP Technology mit selektivem Lasersintern und dem Werkstoff Windform LX 2.0, einem mit Glasfasern verstärkten Verbundwerkstoff auf Polyamidbasis, der inzwischen durch die Weiterentwicklung Windform LX 3.0 ersetzt wurde.

Der 3D-gedruckte Prototyp des Batteriekastens wurde im Motorrad eingebaut und musste bei Tests und Erprobungen hohen Belastungen standhalten. Foto: CRP

Der Prototyp wurde in einem der bei CRP Technology zur Verfügung stehenden Large-Frame-Systeme gebaut, mit dem sich Bauteile von bis zu 550 × 550 × 450 mm herstellen lassen. Wie CRP erklärt, gibt es nur wenige Unternehmen, die in der Lage sind, derart große Teile herzustellen.

Wie bei der Instrumententafel konnte Energica auch beim Batte­riegehäuse dank der mechanischen Eigenschaften des Materials (widerstandsfähig und elektrisch nicht leitend) und der Besonderheiten der SLS-Technologie mit dem Prototypen verschiedene Studien und intensive Tests durchführen und so die Forschungs- und Entwicklungsphase beschleunigen.

gk

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